一种嵌入式有害气体检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种嵌入式有害气体检测系统，包括用于存储待检测气体的汽缸；反应气室；串接在汽缸与反应气室之间的气泵和流量传感器；设在反应气室的底部的照明装置；设在反应气室的顶部的图像采集仪；通过ＲＳ２３２串口连接的嵌入式ＡＲＭ９芯片和下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７；连接在嵌入式ＡＲＭ９芯片上的触摸屏；设在反应气室内的卟啉阵列传感器、温度传感器、湿度传感器和可控加热器。本发明专利技术利用卟啉阵列传感器和气体接触后出现不同颜色反应的原理，通过系统对光谱信息的提取、处理和匹配识别，最后得到待检气体的信息，并进行显示和及时的预警，适合工业作业、化工、食品、环保、室内装修、安全等领域的有毒有害挥发性有机气体检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体检测系统，特别是涉及一种基于嵌入式的便携式有毒有害挥 发性有机气体检测系统。
技术介绍
工业发展带来有毒有害挥发性有机气体(VOCs )的增多，居室装修导致室内空 气污染(苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醛、丙醛等挥发性有机气体)的加重，对人类的危害也越 来越突出，易导致头痛、眩晕、行动迟缓、记忆力衰退等症状，当浓度超过一定界限时，可直 接对生命造成严重危害。所以对有毒有害VOCs气体的检测显得尤为重要。目前，挥发性有机物气体检测的主要方法有气相色谱法(GC)、色谱一质谱联用技 术、滴定或者比色法，以及单一传感器直接检测技术等，在气体传感检测技术方面有很大的 提高，但存在一定的不足之处，如气相色谱法(GC)仪器昂贵、检测复杂，色谱一质谱联用技 术不易推广、误差较大，滴定或者比色法操作过程复杂、耗时较长，单一传感器直接检测选 择性较差等。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本专利技术提供了一种具有价格低廉、操作简单、灵敏度 高、实时性好、稳定性好和便携式等特点的嵌入式有害气体检测系统。本专利技术提供的一种嵌入式有害气体检测系统，包括用于存储待检测气体的汽 缸、气泵、照明装置、反应气室、吓啉阵列传感器、图像采集仪、触摸屏、嵌入式ARM9芯片、下 位机PIC16F877、温度传感器、湿度传感器、流量传感器和可控加热器；所述反应气室为透明体，一端设有进气口，另一端设有出气口 ；所述卟啉阵列传感器设 置在反应气室的中部；所述反应气室内、且靠经进气口设有气体缓冲挡板；在反应气室的 横截面上、位于气体缓冲挡板和卟啉阵列传感器之间设有双层隔板I，位于卟啉阵列传感 器和出气口之间设有隔板II，所述双层隔板I和隔板II上均布数个气孔；所述汽缸的出口通过气泵与反应气室的进气口连通，气泵由下位机PIC16F877控制； 所述流量传感器设置在气泵与反应气室连接的管路上，流量传感器的信号输经A/D转换器 转化后输入下位机PIC16F877 ；所述温度传感器、湿度传感器和可控加热器均设置在反应气室内，且可控加热器设置 在进气口与卟啉阵列传感器之间，所述温度传感器、湿度传感器和可控加热器的信号输出 端与下位机PIC16F877连接；所述照明装置设置在反应气室的底部，所述图像采集仪设置在反应气室的顶部，图像 采集仪的摄像头与卟啉阵列传感器的卟啉单元对应，所述照明装置由下位机PIC16F877控 制，所述图像采集仪的信号输入嵌入式ARM9芯片；所述下位机PIC16F877通过RS232串口与嵌入式ARM9芯片连接；所述触摸屏连接在嵌 入式ARM9芯片上。进一步，还包括尾气处理装置和两通电磁阀，所述尾气处理装置与反应气室的出 气口连接，所述两通电磁阀串接在尾气处理装置与反应气室的出气口连接的管路上，所述 两通电磁阀由下位机PIC16F877控制。进一步，还包括用于吹扫整个气路的氮气支路，氮气支路通过气阀连接在汽缸与 气泵之间的管路上。进一步，还包括用于将反应前后图像、差值图像以及数据库文件进行存储的SD 卡，所述SD卡通过SD卡接口电路和嵌入式ARM9芯片相连。进一步，还包括用于存储引导文件、Linux操作系统、应用程序的FLASH芯片，所述 FLASH芯片通过EMIF总线与嵌入式ARM9芯片相连。进一步，还包括用于暂存操作系统和应用程序、且作为数据缓冲区的SDRAM芯片， 所述SDRAM芯片通过EMIF总线与嵌入式ARM9芯片相连。再进一步，还包括设有浓度安全限值的报警模块，所述报警模块安装在下位机 PIC16F877上，嵌入式ARM9芯片处理得到的浓度值信号输入报警模块。与现有技术相比，本专利技术的一种嵌入式有害气体检测系统具有如下优点1、本专利技术的检测系统采用卟啉阵列传感器检测的挥发性有毒有害气体浓度可达PPb 级，实现低浓度检测，适合高要求测量场合；同样，能实现PPm级高浓度检测，检测范围大；2、本专利技术的检测系统实现了密闭检测反应气室在线环境条件监测，同时反应气室内通 过设置的隔板形成几级缓冲区域，从而形成了一个气流稳定、气体浓度分部均勻的环境，降 低了动力学因素对检测的影响，提高了仪器稳定性及检测精度；2、卟啉阵列传感器采用阵列点结构的卟啉单元作为前端传感器，吓啉单元多，增加了 响应信号的信息含量，不仅保证了系统检测的精准性，还可实现多种类气体的检测；3、采用嵌入式ARM9芯片硬件构架，减小体积，增强了系统的处理能力；采用Linux作为 开发环境，源码开放，易于移植，减小了成本；使用MiniGUI作为程序开发软件，提高了人机 界面的交互性；整体系统采用了嵌入式ARM9芯片一下位机PIC16F877模式，增加了硬件的 可扩展性和软件的可移植性，便于系统的升级；4、本专利技术的检测系统体积小(体积可达25X10X6cm)、检测精度高、响应时间快，可应 用于环保、食品、化工、医药、室内装修、安全等诸多领域的挥发性有机气体检测，可实现现 场快速检测，对于环境保护和人类健康安全能起到积极的作用。附图说明图1为嵌入式有害气体检测系统的结构示意图； 图2为嵌入式有害气体检测系统的硬件框图； 图3为反应气室模型图的结构示意图4为卟啉阵列传感器的模型图； 图5为光谱信息提取过程的示意图； 图6为系统软件主界面框图； 图7为系统软件主流程图。附图中，21—氮气支路；22—气泵；23—汽缸；24—卟啉阵列传感器；25— 触摸屏；26—照明装置；27—摄像头；29—两通电磁阀；210—下位机PIC16F877 ；4A—进气口； 41一缓冲挡板；42—一级缓冲区；43—隔板；44一二级缓冲区；45—隔 板；46—反应室；48—隔板；49一出气缓冲室；4B—出气口。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地说明。图1为嵌入式有害气体检测系统的结构示意图，图2为嵌入式有害气体检测 系统的硬件框图，如图所示。一种嵌入式有害气体检测系统包括用于存储待检测气体的汽 缸23、气泵22、照明装置26、反应气室、吓啉阵列传感器24、图像采集仪、触摸屏25、嵌入 式ARM9芯片、下位机PIC16F877、温度传感器、湿度传感器、流量传感器、可控加热器、两通 电磁阀、尾气处理装置、用于吹扫整个气路的氮气支路21、用于存储引导文件、Linux操作 系统、应用程序的FLASH芯片、SD卡和用于暂存操作系统和应用程序、且作为数据缓冲区的 SDRAM芯片。图3为反应气室模型图的结构示意图，如图所示。反应气室为透明体，一端设有进 气口 4A，另一端设有出气口 4B。所述卟啉阵列传感器24设置在反应气室的中部。所述反 应气室内、且靠经进气口 4A侧设置有气体缓冲挡板41 ；在反应气室的横截面上、位于气体 缓冲挡板41和卟啉阵列传感器24之间设有双层隔板I (即隔板43和隔板45)，位于卟啉阵 列传感器24和出气口 4B之间设有隔板II 48，所述隔板43、隔板45和隔板II 48上均布数 个气孔。所述尾气处理装置与反应气室的出气口 4B连接，所述两通电磁阀串接在尾气处理 装置与反应气室的出气口 4B连接的管路上，所述两通电磁阀由下位机PIC16F877控制。所述汽缸23的出口通过气阀S3和气泵22与反应气室的进气口 4A连通，气泵的 电源由下位机PIC1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式有害气体检测系统，其特征在于：包括用于存储待检测气体的汽缸（２３）、气泵（２２）、照明装置（２６）、反应气室、卟啉阵列传感器（２４）、图像采集仪、触摸屏（２５）、嵌入式ＡＲＭ９芯片、下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）、温度传感器、湿度传感器、流量传感器和可控加热器；所述反应气室为透明体，一端设有进气口（４Ａ），另一端设有出气口（４Ｂ）；所述卟啉阵列传感器（２４）设置在反应气室的中部；所述反应气室内、且靠经进气口（４Ａ）设有气体缓冲挡板（４１）；在反应气室的横截面上、位于气体缓冲挡板（４１）和卟啉阵列传感器（２４）之间设有双层隔板Ⅰ，位于卟啉阵列传感器（２４）和出气口（４Ｂ）之间设有隔板Ⅱ（４８），所述双层隔板Ⅰ和隔板Ⅱ（４８）上均布数个气孔；所述汽缸（２３）的出口通过气泵（２２）与反应气室的进气口（４Ａ）连通，气泵由下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）控制；所述流量传感器设置在气泵（２２）与反应气室连接的管路上，流量传感器的信号输经Ａ／Ｄ转换器转化后输入下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）；所述温度传感器、湿度传感器和可控加热器均设置在反应气室内，且可控加热器设置在进气口（４Ａ）与卟啉阵列传感器（２４）之间，所述温度传感器、湿度传感器和可控加热器的信号输出端与下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）连接；所述照明装置（２６）设置在反应气室的底部，所述图像采集仪设置在反应气室的顶部，图像采集仪的摄像头与卟啉阵列传感器（２４）的卟啉单元对应，所述照明装置（２６）由下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）控制，所述图像采集仪的信号输入嵌入式ＡＲＭ９芯片；所述下位机ＰＩＣ１６Ｆ８７７（２１０）通过ＲＳ２３２串口与嵌入式ＡＲＭ９芯片连接；所述触摸屏（２５）连接在嵌入式ＡＲＭ９芯片上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小刚，侯长军，柏兴洪，霍丹群，刘静静，汪德暖，李江杰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85